JP2023032971A - Restiform body conveyance auxiliary apparatus and restiform body conveyance system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、索状体運搬補助装置および索状体運搬システムに関する。
BACKGROUND OF THE
長尺ホースなどの索状体として、例えば、消火用の放水ホース、道路のアスファルト敷設用ホースなど、片側(後端部)が固定されたものがある。これらの索状体は、運用時に水や泥などで内部が満たされることが多く、これを人手で運搬するのは重労働であり、作業員の肉体的負担が大きい。また、狭い場所で、中腰での長時間作業になることも多く、夏場でも長袖、手袋、保護メガネ、防塵マスクなどの安全装備を装着しなければならないことから、作業員の精神的負担も大きい。 As a cord-like body such as a long hose, for example, there is a hose fixed at one side (rear end), such as a water discharge hose for fire extinguishing and a hose for laying asphalt on a road. These cord-like bodies are often filled with water, mud, etc. during operation, and it is hard work to manually transport them, placing a heavy physical burden on workers. In addition, workers are often forced to work in cramped spaces for long periods of time, and even in summer they must wear safety equipment such as long sleeves, gloves, protective glasses, and dust masks, which places a heavy mental burden on workers. .
そこで、このような後端部が固定された索状体を、人手に頼らず運搬する装置として、例えば、吸引ロボットや消火用放水ロボット、アスファルト敷設用ホースの運搬ロボット(例えば、非特許文献1、2参照)が開発されている。
Therefore, as a device for transporting such a cord-shaped body with a fixed rear end portion without relying on human labor, for example, a suction robot, a water discharge robot for fire extinguishing, a transport robot for asphalt laying hoses (for example, non-patent
しかしながら、非特許文献1や2に記載のような運搬装置は、先端部に取り付けられた1台のロボットで索状体を運搬するものであり、例えば、全長20mの長尺ホースや、内部に水や泥などが満たされたホース等を運搬するには負担が大きく、スムーズに取り回しを行うのは困難であるという課題があった。また、索状体がホースの場合、運搬時にホースが座屈することがあり、内部に水などが通らなくなってしまうという課題もあった。
However, the transporting device as described in
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、索状体の運搬時にかかる負担を軽減可能であり、索状体をスムーズに取り回すことができ、索状体の運搬時の座屈を防ぐことができる索状体運搬補助装置および索状体運搬システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made by focusing on such problems, and is capable of reducing the burden imposed on the transport of the cord-like body, allowing the cord-like body to be smoothly handled, and It is an object of the present invention to provide an auxiliary device for carrying a rope and a system for carrying a rope that can prevent buckling.
上記目的を達成するために、本発明に係る索状体運搬補助装置は、後端部が固定された可撓性の索状体の中央部に取付可能に設けられ、その取付位置で前記索状体を地表面から所定の高さに支持すると共に、前記索状体の先端部が移動したとき、前記取付位置から前記索状体の先端側および/または後端側に伸びる前記索状体の形状に基づいて、予め設定された基準に従って地表面を移動するよう構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a cord-like body transportation assisting device according to the present invention is provided so as to be attachable to a central portion of a flexible cord-like body to which a rear end portion is fixed. The cord-like body supports the cord-like body at a predetermined height from the ground surface, and extends from the mounting position toward the distal end side and/or the rear end side of the cord-like body when the distal end portion of the cord-like body moves. is configured to move on the ground surface according to preset criteria based on the shape of the
本発明に係る索状体運搬補助装置は、索状体の中央部に取り付けられ、その取付位置で索状体を支持した状態で、索状体の先端部の移動に伴って地表面を移動するよう構成されているため、先端部だけを移動させて索状体を運搬する場合と比べて、索状体の運搬時にかかる負担を軽減することができる。 The cord-shaped body transportation assisting device according to the present invention is attached to the central portion of the cord-shaped body, and moves on the ground surface as the tip of the cord-shaped body moves in a state in which the cord-shaped body is supported at the mounting position. As compared with the case where the cord-like body is conveyed by moving only the tip portion, it is possible to reduce the burden on the cord-like body when conveying the cord-like body.
また、本発明に係る索状体運搬補助装置は、索状体の先端部が移動したとき、取付位置から索状体の先端側および/または後端側に伸びる索状体の形状に基づいて、予め設定された基準に従って地表面を移動するよう構成されており、索状体の変形を利用して自律的に索状体を運搬することができる。このため、複数を索状体の長さ方向に沿って取り付けることにより、自律分散型の制御を行うことができ、全体として協調して索状体を運搬することができる。これにより、索状体の運搬に支障をきたすことなく、使用する台数や索状体に取り付ける間隔などを容易に変更することができる。このため、長さや重さが異なるものなど、索状体の種類よらず、様々な索状体の運搬に対応することができる。 Further, the cord-shaped body carrying assistance device according to the present invention is based on the shape of the cord-shaped body extending from the mounting position to the distal end side and/or the rear end side of the cord-shaped body when the distal end portion of the cord-shaped body is moved. , which are configured to move on the ground according to preset criteria, and can autonomously transport the strands using the deformation of the strands. Therefore, by attaching a plurality of cords along the length direction, autonomous distributed control can be performed, and the cords can be transported cooperatively as a whole. This makes it possible to easily change the number of units to be used, the intervals at which the cord-like members are attached, and the like, without interfering with the transportation of the cord-like members. For this reason, it is possible to handle the transportation of various cord-like bodies, such as those having different lengths and weights, regardless of the type of the cord-like body.
本発明に係る索状体運搬補助装置は、取付位置で索状体を地表面から所定の高さに支持しているため、予め設定された基準により、地表面に接することなく索状体を運搬するよう構成することにより、索状体の運搬時にかかる負担をさらに軽減すると共に、索状体をスムーズに取り回すことができる。また、本発明に係る索状体運搬補助装置は、索状体がホースの場合、予め設定された基準により、折れ曲がることなく索状体を移動するよう構成することにより、索状体の運搬時の座屈を防ぐことができる。これにより、運搬時でも索状体の内部に水などが通らなくなるのを防ぎ、運搬しながら索状体を使用することができる。 In the apparatus for assisting in transporting a cord-shaped body according to the present invention, since the cord-shaped body is supported at a predetermined height from the ground surface at the mounting position, the cord-shaped body can be lifted without touching the ground surface according to a preset reference. By constructing it so as to be transported, it is possible to further reduce the burden on the cord-like body when transporting it, and to smoothly handle the cord-like body. In addition, when the cord-shaped body is a hose, the cord-shaped body transportation assisting device according to the present invention is configured so that the cord-shaped body is moved without bending according to a preset reference, so that when the cord-shaped body is transported buckling can be prevented. As a result, water or the like can be prevented from flowing through the interior of the cord-like body even during transportation, and the cord-like body can be used while being transported.
本発明に係る索状体運搬補助装置は、前記先端部が先端側に向かって移動したとき、前記取付位置から先端側に伸びる前記索状体の鉛直方向の撓み、および、前記取付位置から先端側および後端側に伸びる前記索状体の水平面内での角度に基づいて移動するよう構成されており、前記先端部が後端側に向かって移動したとき、前記取付位置から先端側に伸びる前記索状体の鉛直方向の撓み、および、前記取付位置から後端側に伸びる前記索状体の水平面内での角度に基づいて移動するよう構成されていることが好ましい。 In the cord-shaped body carrying assistance device according to the present invention, when the tip portion moves toward the tip side, the cord-like body extending from the attachment position to the tip side bends in the vertical direction, and the tip from the attachment position bends in the vertical direction. It is configured to move based on the angle in the horizontal plane of the cord-like body extending laterally and rearwardly, and extends distally from the mounting position when the distal end moves toward the rearward end. It is preferable that the movement is made based on the bending in the vertical direction of the cord-like body and the angle in the horizontal plane of the cord-like body extending from the mounting position to the rear end side.
この場合、例えば、本発明に係る索状体運搬補助装置は、前記先端部が先端側に向かって移動したとき、前記取付位置から先端側に伸びる前記索状体の鉛直方向の撓みが一定の第1の角度になると共に、前記取付位置から先端側および後端側に伸びる前記索状体の水平面内での角度が等しくなるよう移動可能に構成されていてもよい。これにより、先端部や先端側の他の索状体運搬補助装置との間隔を保った状態で、先端部と共に先端側に向かって移動することができる。また、水平方向での索状体の折れ曲がりを防ぐこともできる。 In this case, for example, in the cord-shaped body transportation assisting device according to the present invention, when the tip portion moves toward the tip side, the bending of the cord-like body extending toward the tip side from the mounting position in the vertical direction is constant. It may be configured to be movable so that the first angle is reached and the angles in the horizontal plane of the cord-like body extending from the mounting position to the front end side and the rear end side are equal. As a result, it is possible to move toward the distal end side together with the distal end portion while maintaining a distance from the distal end portion and other cord-like body transportation assisting device on the distal end side. It is also possible to prevent bending of the cord-like body in the horizontal direction.
また、本発明に係る索状体運搬補助装置は、前記先端部が後端側に向かって移動したとき、前記取付位置から先端側に伸びる前記索状体の鉛直方向の撓みが一定の第2の角度になるよう移動可能に構成されていてもよい。これにより、先端部や先端側の他の索状体運搬補助装置との間隔を保った状態で、先端部と共に後端側に向かって移動することができる。 Further, in the cord-shaped body carrying assistance device according to the present invention, when the tip portion moves toward the rear end side, the cord-like body extending from the attachment position toward the tip side has a constant vertical deflection. may be configured to be movable so as to be an angle of Thereby, it is possible to move toward the rear end side together with the tip portion while maintaining a distance from the tip portion and other cord-like body transportation assist device on the tip side.
また、本発明に係る索状体運搬補助装置は、1つから成り、前記先端部が後端側に向かって移動したとき、前記取付位置から後端側に伸びる前記索状体の水平面内での角度が一定の第3の角度に所定のオフセット角を加えた角度になるよう移動可能に構成されていてもよい。これにより、先端部の移動方向に対して横方向にずれた位置に移動することができ、先端部や後端部との間隔を保ちつつ、先端部の移動距離を長くすることができる。また、索状体の座屈を防ぐこともできる。 Further, according to the present invention, there is provided one apparatus for assisting in transporting a cord-like body, and when the front end portion moves toward the rear end side, the cord-like body extending from the mounting position toward the rear end side is moved in a horizontal plane. may be configured to be movable to a constant third angle plus a predetermined offset angle. As a result, it is possible to move the tip portion to a position shifted in the lateral direction with respect to the moving direction of the tip portion, and it is possible to increase the moving distance of the tip portion while maintaining the distance between the tip portion and the rear end portion. It is also possible to prevent buckling of the cord-like body.
また、本発明に係る索状体運搬補助装置は、複数から成り、前記索状体の長さ方向に沿って互いに間隔をあけて取付可能に設けられ、前記先端部が後端側に向かって移動したとき、前記先端部から前記後端部に向かって奇数番目のものは、前記取付位置から後端側に伸びる前記索状体の水平面内での角度が、一定の第3の角度に所定のオフセット角を加えた角度になるよう移動可能に構成され、前記先端部から前記後端部に向かって偶数番目のものは、前記取付位置から後端側に伸びる前記索状体の水平面内での角度が、前記第3の角度に前記所定のオフセット角を差し引いた角度になるよう移動可能に構成されていてもよい。これにより、先端部から前記後端部に向かって奇数番目のものおよび偶数番目のものが、先端部の移動方向に対して左右に互い違いにずれた位置に移動することができ、先端部や後端部や前後の索状体運搬補助装置との距離を保ちつつ、先端部の移動距離を長くすることができる。また、索状体の座屈を防ぐこともできる。 In addition, the cord-like body transportation assisting device according to the present invention comprises a plurality of cord-like body carrying aids, which are provided so as to be attachable at intervals along the length direction of the cord-like body, and the front end portion extends toward the rear end side. When moved, the angle in the horizontal plane of the cord-like body extending from the mounting position to the rear end side is a predetermined constant third angle for the odd-numbered cord-like members from the front end toward the rear end. , and the even-numbered ones from the front end toward the rear end are arranged in the horizontal plane of the cord-like body extending from the mounting position to the rear end side. may be configured to be movable to an angle obtained by subtracting the predetermined offset angle from the third angle. As a result, the odd-numbered objects and the even-numbered objects from the front end portion to the rear end portion can be moved to alternately shifted positions to the left and right with respect to the moving direction of the front end portion. It is possible to increase the moving distance of the tip portion while maintaining the distance from the end portion and the front and rear cord-like body transportation auxiliary devices. It is also possible to prevent buckling of the cord-like body.
本発明に係る索状体運搬補助装置は、前記取付位置から先端側に伸びる前記索状体の形状を測定可能に設けられた前方形状測定手段と、前記取付位置から後端側に伸びる前記索状体の形状を測定可能に設けられた後方形状測定手段とを有し、前記前方形状測定手段および前記後方形状測定手段により測定された前記索状体の形状に基づいて移動するよう構成されていてもよい。この場合、前方形状測定手段および後方形状測定手段により測定された索状体の形状から、例えば、取付位置から先端側および/または後端側に伸びる索状体の鉛直方向の撓みや、水平面内での角度を容易に求めることができる。 A cord-shaped body transportation assisting device according to the present invention comprises front shape measuring means provided to measure the shape of the cord-shaped body extending from the mounting position to the front end side, and the rope extending from the mounting position to the rear end side. and a posterior shape measuring means provided to be able to measure the shape of the cord-like body, and is configured to move based on the shape of the cord-like body measured by the anterior shape measuring means and the posterior shape measuring means. may In this case, from the shape of the cord-like body measured by the front shape measuring means and the rear shape measuring means, for example, vertical bending of the cord-like body extending from the mounting position to the front end side and/or the rear end side, or in the horizontal plane can be easily obtained.
本発明に係る索状体運搬システムは、後端部が固定された可撓性の索状体と、前記索状体の先端部と前記後端部との間に取り付けられた本発明に係る索状体運搬補助装置とを、有することを特徴とする。 A ligament carrying system according to the present invention comprises a flexible ligament having a fixed rear end, and a flexible ligament according to the invention attached between the distal end and the posterior end of said ligament. and a cord-like body transportation assistance device.
本発明に係る索状体運搬システムは、本発明に係る索状体運搬補助装置を有するため、先端部だけを移動させて索状体を運搬する場合と比べて、索状体の運搬時にかかる負担を軽減することができる。また、本発明に係る索状体運搬システムは、索状体運搬補助装置が索状体の変形を利用して自律的に索状体を運搬することができる。このため、複数の索状体運搬補助装置を索状体の長さ方向に沿って取り付けることにより、自律分散型の制御を行うことができ、全体として協調して索状体を運搬することができる。また、本発明に係る索状体運搬システムは、索状体がホースの場合、索状体運搬補助装置により、索状体が折れ曲がることなく移動するよう構成することができ、索状体の運搬時の座屈を防ぐことができる。 Since the cord-shaped body transportation system according to the present invention has the cord-shaped body transportation assisting device according to the present invention, it takes less time to transport the cord-shaped body than when the cord-shaped body is transported by moving only the tip portion. The burden can be reduced. In addition, in the cord-shaped body transportation system according to the present invention, the cord-shaped body transportation auxiliary device can autonomously transport the cord-shaped body by utilizing the deformation of the cord-shaped body. Therefore, by attaching a plurality of assisting devices for transporting the cord-like body along the length of the cord-like body, autonomous decentralized control can be performed, and the cord-like body can be transported cooperatively as a whole. can. Further, when the cord-shaped body is a hose, the cord-shaped body conveying system according to the present invention can be configured so that the cord-shaped body is moved without bending by the cord-shaped body transportation auxiliary device. Time buckling can be prevented.
本発明に係る索状体運搬システムは、前記索状体の前記後端部を地表面から所定の支持高さで支持すると共に、前記後端部を水平方向に回転可能に固定する固定支持部を有することが好ましい。この場合、固定支持部により、後端側での索状体の取り回しをスムーズにすることができる。また、索状体がホースのときに、後端側で索状体の運搬時の座屈をより効果的に防ぐことができる。 The cable carrying system according to the present invention supports the rear end of the cable at a predetermined support height from the ground surface, and a fixed support section that fixes the rear end so as to be rotatable in the horizontal direction. It is preferred to have In this case, the fixed support portion can smoothly handle the cord-like body on the rear end side. In addition, when the cord-like body is a hose, it is possible to more effectively prevent buckling of the cord-like body during transportation on the rear end side.
本発明に係る索状体運搬システムは、地表面を移動可能に、前記索状体の先端部に取り付けられた先端移動体と、前記先端移動体に無線または有線で接続され、前記先端移動体の移動方向を制御可能に設けられた制御手段とを、有することが好ましい。この場合、先端移動体により、人手を介することなく索状体を運搬することができ、索状体の運搬時にかかる負担を大幅に軽減することができる。先端移動体としては、例えば、市販の吸引ロボットを利用することができる。 A cord-shaped body transport system according to the present invention includes: a tip moving body attached to the tip of the cord-like body so as to be movable on the ground surface; It is preferable to have a control means provided so as to be able to control the moving direction of the. In this case, the tip moving body allows the cord-like body to be transported without manual intervention, thereby significantly reducing the burden on the cord-like body during transport. For example, a commercially available suction robot can be used as the tip moving body.
本発明によれば、索状体の運搬時にかかる負担を軽減可能であり、索状体をスムーズに取り回すことができ、索状体の運搬時の座屈を防ぐことができる索状体運搬補助装置および索状体運搬システムを提供することができる。 EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to reduce the burden on the cord-shaped body during transportation, smoothly handle the cord-shaped body, and prevent buckling during transportation of the cord-shaped body. Auxiliary equipment and a strand carrying system can be provided.
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図1乃至図10は、本発明の実施の形態の索状体運搬補助装置および索状体運搬システムを示している。
図1に示すように、索状体運搬システム10は、索状体11と固定支持部12と先端移動体13と制御手段(図示せず)と複数の索状体運搬補助装置14とを有している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below based on the drawings.
1 to 10 show a cord-like body carrying aid device and a cord-like body carrying system according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a cord-like
索状体11は、可撓性のホースから成っている。なお、索状体11は、ホースに限らず、ケーブルなど、可撓性で長尺の物であればいかなるものから成っていてもよい。固定支持部12は、地表面を移動可能な4輪駆動の台車から成り、索状体11の後端部を地表面から所定の支持高さで、水平方向に伸びるよう支持すると共に、索状体11の後端部を水平方向に回転可能に固定している。固定支持部12は、索状体11を使用する際には、移動しないよう地表面に固定可能になっている。なお、固定支持部12は、移動可能でなく、地表面に固定されたものであってもよい。
The
先端移動体13は、地表面を移動可能な4輪駆動の台車から成り、索状体11の先端部に取り付けられている。先端移動体13は、索状体11の先端の向きを水平前方に向けて固定した状態で、索状体11の先端部を地表面から所定の高さで、水平方向に伸びるよう支持している。制御手段は、先端移動体13に無線または有線で接続されており、先端移動体13の移動方向や移動速度を制御可能に設けられている。
The
各索状体運搬補助装置14は、地表面を移動可能な4輪駆動の台車から成り、索状体11の先端部と後端部との間に、一定の間隔で取り付けられている。各索状体運搬補助装置14は、それぞれ先端方向に伸びる索状体11を前部で固定し、後端方向に伸びる索状体11を後部で固定している。各索状体運搬補助装置14は、索状体11を固定した前部および後部の各取付位置で、索状体11を水平方向に回転可能に固定している。また、各索状体運搬補助装置14は、各取付位置で索状体11を地表面から所定の高さで、水平方向に伸びるよう支持している。なお、図1に示す具体的な一例では、索状体運搬補助装置14は、3台である。
Each cord-shaped body
図2に示すように、各索状体運搬補助装置14は、前部の取付位置から先端側に伸びる索状体11の形状を測定可能に設けられた前方形状測定手段14aと、後部の取付位置から後端側に伸びる索状体11の形状を測定可能に設けられた後方形状測定手段14bとを有している。前方形状測定手段14aおよび後方形状測定手段14bは、LiDAR(Light Detection and Ranging)から成り、索状体11の位置を計測することにより、その計測結果から索状体11の形状を測定可能になっている。また、前方形状測定手段14aおよび後方形状測定手段14bは、索状体11の形状だけでなく、側方に存在する壁などの障害物も検知可能になっている。なお、前方形状測定手段14aおよび後方形状測定手段14bは、LiDARに限らず、索状体11の形状を測定可能であればいかなるものから成っていてもよい。
As shown in FIG. 2, each cord-shaped body carrying
各索状体運搬補助装置14は、索状体11の先端部が移動したとき、前方形状測定手段14aおよび後方形状測定手段14bにより測定された索状体11の形状に基づいて、予め設定された基準に従って地表面を移動するよう構成されている。具体的には、各索状体運搬補助装置14は、先端移動体13が先端側に向かって移動したとき、図3(a)に示すように、前方形状測定手段14aにより測定した索状体11の鉛直方向の撓み角θl を用いて、(1)式により直進速度vlinear を決定するようになっている。
vlinear=klinear(θl-θlref) (1)
ここで、klinear は比例ゲイン(定数)、θlref は索状体11のたわみ角の閾値(目標値)である。各索状体運搬補助装置14は、(1)式により、索状体11の鉛直方向の撓み角θl を、一定の角度θlref に保つよう制御して、先端側の先端移動体13や他の索状体運搬補助装置14との間隔を保った状態で、先端移動体13と共に先端側に向かって移動するよう構成されている。
Each cord-shaped body carrying
v linear = k linear ( θl - θlref ) (1)
Here, k linear is a proportional gain (constant), and θ lref is a threshold value (target value) of the deflection angle of the cord-
また、各索状体運搬補助装置14は、先端移動体13が先端側に向かって移動したとき、図3(b)に示すように、前方形状測定手段14aにより測定した索状体11の水平面内での角度θafront、および後方形状測定手段14bにより測定した索状体11の水平面内での角度θaback を用いて、(2)式により旋回速度ωを決定するようになっている。
ω=kangle(θafront-θaback) (2)
ここで、kangleは角速度の比例ゲイン(定数)である。各索状体運搬補助装置14は、(2)式により、θafront とθaback とが等しくなるように移動するよう構成されている。
In addition, each cord-shaped body
ω=k angle ( θafront − θaback ) (2)
where k angle is the proportional gain (constant) of the angular velocity. Each cord-shaped body carrying
また、各索状体運搬補助装置14は、先端移動体13が後端側に向かって移動したとき、(1)式により直進速度vlinear を決定するようになっている。これにより、各索状体運搬補助装置14は、先端側の先端移動体13や他の索状体運搬補助装置14との間隔を保った状態で、先端移動体13と共に後端側に向かって移動するよう構成されている。なお、klinear の値は、先端移動体13が先端側に向かって移動したときと同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。
Further, each cord-shaped body carrying
また、各索状体運搬補助装置14は、先端移動体13が後端側に向かって移動したとき、後方形状測定手段14bにより測定した索状体11の水平面内での角度θaback を用いて、(3)式により旋回速度ωを決定するようになっている。
ω=kangle(θaback-θa)±Δω
=kangle(θaback-θa±Δω/kangle) (3)
ここで、θa は、後端側に伸びる索状体11の水平方向の角度の閾値(目標値)、Δωは、角速度のオフセットである。なお、kangle の値は、先端移動体13が先端側に向かって移動したときと同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。また、Δωの符号±については、例えば、先端部から後端部に向かって奇数番目の索状体運搬補助装置14がマイナスとなり、先端部から後端部に向かって偶数番目の索状体運搬補助装置14がプラスとなるように設定される。
In addition, each cord-shaped body
ω=k angle (θ a back −θ a )±Δω
= k angle (θ back - θ a ±Δω/k angle ) (3)
Here, θa is the horizontal angle threshold value (target value) of the cord-
(3)式により、先端部から後端部に向かって奇数番目の索状体運搬補助装置14は、θabackが、θaに、オフセット角(Δω/kangle)を加えた角度になり、先端部から後端部に向かって偶数番目の索状体運搬補助装置14は、θabackが、θaから、オフセット角(Δω/kangle)を差し引いた角度になるように移動するよう構成されている。なお、Δωの符号は、プラス・マイナスが逆であってもよい。これにより、各索状体運搬補助装置14は、先端移動体13や固定支持部12や前後の他の索状体運搬補助装置14との距離を保った状態で、先端部から後端部に向かって奇数番目のものおよび偶数番目のものが、先端部の移動方向に対して左右に互い違いにずれた位置に移動するよう構成されている。
According to the formula (3), θ aback of the odd-numbered cord-shaped body carrying
次に、作用について説明する。
索状体運搬システム10は、各索状体運搬補助装置14が、それぞれ索状体11の中央部に取り付けられ、その取付位置で索状体11を支持した状態で、索状体11の先端部の移動に伴って地表面を移動するよう構成されているため、先端移動体13などで先端部だけを移動させて索状体11を運搬する場合と比べて、索状体11の運搬時にかかる負担を軽減することができる。
Next, the action will be described.
In the cord-shaped
また、索状体運搬システム10は、先端移動体13により索状体11の先端部が移動したとき、各索状体運搬補助装置14が、取付位置から索状体11の先端側および/または後端側に伸びる索状体11の形状に基づいて、予め設定された基準に従って地表面を移動するよう構成されており、索状体11の変形を利用して自律的に索状体11を運搬することができる。このため、各索状体運搬補助装置14が自律分散型の制御を行うことができ、全体として協調して索状体11を運搬することができる。これにより、索状体11の運搬に支障をきたすことなく、使用する索状体運搬補助装置14の台数や索状体11に取り付ける間隔などを容易に変更することができる。このため、長さや重さが異なるものなど、索状体11の種類よらず、様々な索状体11の運搬を行うことができる。
Further, in the cord-shaped
索状体運搬システム10は、予め設定された基準により、地表面に接することなく索状体11を運搬するよう、各索状体運搬補助装置14を構成することにより、索状体11の運搬時にかかる負担をさらに軽減すると共に、索状体11をスムーズに取り回すことができる。また、索状体運搬システム10は、予め設定された基準により、折れ曲がることなく索状体11を移動するよう、各索状体運搬補助装置14を構成することにより、ホースから成る索状体11の運搬時の座屈を防ぐことができる。これにより、運搬時でも、ホースから成る索状体11の内部に水などが通らなくなるのを防ぎ、運搬しながら索状体11を使用することができる。
The
索状体運搬システム10のように索状体11の後端部が固定されている場合、従来は、索状体11の前進・後退の移動が、索状体11によって制限されていた。特に、後退時には、索状体11が地表面に接触し、座屈しやすいため、移動範囲がかなり狭くなっていた。これに対し、索状体運搬システム10は、後退時に、先端移動体13、各索状体運搬補助装置14、および固定支持部12の間隔を保った状態で、各索状体運搬補助装置14が、先端部の移動方向に対して左右に互い違いにずれた位置に移動するため、索状体11の座屈を防ぎつつ、先端部の移動距離を長くすることができる。
When the rear end of the cord-
索状体運搬システム10は、固定支持部12が索状体11の後端部を鉛直方向および水平方向に回転可能に固定しているため、後端側での索状体11の取り回しをスムーズにすることができる。また、索状体11がホースのときに、後端側で索状体11の運搬時の座屈をより効果的に防ぐことができる。索状体運搬システム10は、先端移動体13により、人手を介することなく索状体11を運搬することができ、索状体11の運搬時にかかる負担を大幅に軽減することができる。索状体運搬システム10は、先端移動体13として、例えば、市販の吸引ロボットや、既存の消火用放水ロボット、アスファルト敷設用ホースの運搬ロボットなどを利用してもよい。
In the cord-shaped
なお、索状体運搬システム10は、索状体運搬補助装置14が1つから成っていてもよい。この場合、索状体運搬補助装置14が、先端部から後端部に向かって奇数番目(1番目)のみとなる。このため、(3)式により、先端移動体13が後端側に向かって移動したとき、索状体運搬補助装置14が、先端移動体13の移動方向に対して横方向にずれた位置に移動することができ、先端移動体13や固定支持部12との間隔を保ちつつ、先端移動体13の移動距離を長くすることができる。また、索状体11の座屈を防ぐこともできる。
In addition, the cord-shaped
[シミュレーション]
以下では、シミュレータを利用して、図1に示す索状体運搬システム10について、先端移動体13が後端側に向かって移動したときのパラメータ(Δω)および固定支持部12の検討、ならびに、索状体11の運搬実験を行った。シミュレータの構築には、OSとして「Ubuntu:18.04」を、プログラムの開発ミドルウェアとして「ROS(Robot Operating System):Melodic」を、物理シミュレータとして「Gazebo 9.11」を使用した。
[simulation]
In the following, using a simulator, the parameter (Δω) and the fixed
シミュレーションでは、先端移動体13、各索状体運搬補助装置14、および固定支持部12として、高い走行性能および防塵・防水機能を有する市販の4輪駆動ロボットの「Husky(Clearpath Robotics inc.製)」を想定した。また、前方形状測定手段14aおよび後方形状測定手段14bとして、2次元LiDAR(北陽電機株式会社製「UTM-30LX」)を想定した。前方形状測定手段14aおよび後方形状測定手段14bの具体的な取付位置を、図2に示す。
In the simulation, a commercially available 4-wheel drive robot "Husky (manufactured by Clearpath Robotics Inc.)" with high running performance and dustproof/waterproof function was used as the
また、索状体11は、4本のホースから成り、図4に示すように、先端移動体13と3台の索状体運搬補助装置14と固定支持部12の間をそれぞれ接続しているものとした。各ホースの具体的な取付位置を、図2に示す。また、各ホースは、先端側から後端側に向かって、hose1、hose2、hose3、hose4とした。各ホースは、長さを 3 m、外径を 100 mm とし、索状体11の全長を 12 m とした。図5に示すように、各ホースには、複数の円柱21が結合したモデルを用いた。各円柱21は、ロール、ピッチ、ヨーの各方向に回転の自由度を有する関節22で結合されており、各関節22には、バネお23よびダンパ24が取り付けられている。シミュレーションでは、バネ23のばね定数k = 6.62 [Nm/rad]、ダンパ24の粘性抵抗c = 1 [Nms/rad]、各円柱21の直径d = 0.1 [m]、各円柱21の長さl = 0.2 [m]、各円柱21の質量m = 0.226 [kg]、円柱21の数N = 14 [個] とした。なお、シミュレーションでは、空の状態のものを運搬することを想定している。
Further, the cord-
シミュレーションでは、初期状態として、先端移動体13、各索状体運搬補助装置14、および固定支持部12を、3m間隔で真っすぐに配置し、固定支持部12を固定した状態から、先端移動体13をジョイパットで操縦して移動させ、後続の各索状体運搬補助装置14も移動させた。
In the simulation, as an initial state, the
[パラメータ(Δω)の検討]
シミュレーションにより、先端移動体13が後端側に向かって移動したときの、各索状体運搬補助装置14の旋回速度ωを制御する(3)式中のΔωについて検討した。シミュレーションでは、初期状態から先端移動体13を真っすぐ後退させ、各ホースが地表面に初めて着くまでに先端移動体13が後退した距離を調べた。
[Study of parameter (Δω)]
By simulation, Δω in the equation (3) for controlling the turning speed ω of each cord-like body
シミュレーションは、Δωを、0、0.3、0.4、0.5 [rad/s] とした場合のそれぞれについて、4回ずつ行った。固定支持部12での索状体11の支持高さを、各索状体運搬補助装置14での索状体11の高さ(所定の高さ)+0.4 m とし、(3)式の比例ゲインkangleを 10 とした。また、後退時の(1)式の比例ゲインklinear を 30 とし、θlref を約65~66度とした。また、固定支持部12は、索状体11の後端部を水平方向に回転しないよう固定しているものとした。なお、シミュレーションの旋回速度ωの範囲では、運搬する索状体11に屈曲などの大きな折れ曲がりが起こらないことを事前に確認している。
The simulation was performed four times for each case where Δω was set to 0, 0.3, 0.4, and 0.5 [rad/s]. The support height of the cord-
シミュレーションの結果を、図6に示す。図6に示すように、いずれかのホースが地表面に着くまでの先端移動体13の後退距離は、Δωが 0.4 rad/s のときに最大になることが確認された。また、各ホースが地表面に着くまでの先端移動体13の後退距離は、hose1 および hose3 で、Δωが 0.4 rad/s のときに最大となり、hose2 で、Δωが 0 rad/s のときに最大となり、hose4 で、Δωが 0.5 rad/s のときに最大になることが確認された。全てのホースが地表面に着くまでの先端移動体13の後退距離は、Δωが 0.4 rad/s のときに最大約 5 m となることが確認された。
The simulation results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, it was confirmed that the retraction distance of the
[固定支持部の支持高さの検討]
シミュレーションにより、固定支持部12での索状体11の支持高さについて検討した。シミュレーションでは、固定支持部12での索状体11の支持高さを、実施例1のシミュレーション(すなわち、各索状体運搬補助装置14での索状体11の高さ(所定の高さ)+0.4 m)よりさらに 0.3 m、0.4 m 上げた場合について、それぞれ初期状態から先端移動体13を真っすぐ後退させ、各ホースが地表面に初めて着くまでに先端移動体13が後退した距離を調べた。シミュレーションは、各支持高さについて3回ずつ行った。(3)式中のΔωを 0 rad/sとし、他のパラメータや条件は、実施例1と同じとした。
[Consideration of the support height of the fixed support part]
The support height of the cord-
シミュレーションの結果を、図7に示す。図7に示すように、固定支持部12での索状体11の支持高さを上げることにより、いずれのホースでも、地表面に着くまでの先端移動体13の後退距離が長くなることが確認された。この結果から、固定支持部12での索状体11の支持高さは、できるだけ高くした方が良いといえる。
The simulation results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, it was confirmed that by increasing the support height of the cord-
[固定支持部の索状体の支持方法の検討]
シミュレーションにより、固定支持部12の索状体11の支持方法について検討した。シミュレーションでは、固定支持部12が、索状体11の後端部を水平方向に回転しないよう固定した場合(以下、「固定関節」という)、索状体11の動きに合わせて、索状体11の後端部を水平方向に受動的に回転させる場合(以下、「受動関節」という)、索状体11の動きに合わせて、索状体11の後端部を水平方向に能動的に回転させる場合(以下、「能動関節」という)の、3つの場合について、それぞれ初期状態から先端移動体13を真っすぐ後退させ、各ホースが地表面に初めて着くまでに先端移動体13が後退した距離を調べた。
[Study of Supporting Method for Cord-shaped Body of Fixed Supporting Part]
A method of supporting the cord-
受動関節では、索状体11の後端部を、初期状態での索状体11の伸張方向に対して、水平面内で-90度から+90度の範囲で回転するよう固定している。能動関節では、索状体11の後端部の水平方向での旋回速度ωを、索状体11(hose4)の動きに合わせて、(4)式により制御している。
ω=kangle×θafront (4)
In the passive joint, the rear end of the cord-
ω = k angle × θ afront (4)
シミュレーションは、各関節の場合について5回ずつ行った。固定支持部12での索状体11の支持高さを、各索状体運搬補助装置14での索状体11の高さ(所定の高さ)+0.4 m とし、(3)式中のΔωを 0.4 rad/sとした。また、他のパラメータや条件は、実施例1と同じとし、(4)式のkangle の値は、(3)式のkangle の値と同じとした。
The simulation was performed five times for each joint. The support height of the cord-shaped
シミュレーションの結果を、図8に示す。図8に示すように、固定関節の場合と比べて、地表面に着くまでの先端移動体13の後退距離は、受動関節にすることにより、hose1 および hose3 で長くなり、能動関節にすることにより、hose1~hose3 で長くなることが確認された。この結果から、固定支持部12では、索状体11の後端部を水平方向に回転可能にしておく方が良いといえる。
The simulation results are shown in FIG. As shown in FIG. 8, the retraction distance of the
[索状体の運搬実験]
シミュレーションにより、索状体11の運搬実験を行った。図9に示すように、シミュレーションでは、初期状態から、4つの目標地点に、先端移動体13を移動させることができるかどうかの実験を行った。4つの目標地点は、初期状態の先端移動体13から側方に4m、後端側に3m~6mずれた位置に、1m間隔で設けられ、先端側から後端側に向かって目標地点1、2、3、4とした。また、シミュレーションでは、固定支持部12での索状体11の支持高さを、各索状体運搬補助装置14での索状体11の高さ(所定の高さ)+0.4 m とし、(3)式中のΔωを 0.4 rad/sとした。また、固定支持部12では、受動関節により索状体11の後端部を固定しているものとした。また、前進時の(1)式の比例ゲインklinear を 10 とし、(2)式の比例ゲインkangleを 20 とし、他のパラメータや条件は、実施例1と同じとした。
[Conveyance experiment of ligaments]
A transport experiment of the cord-
まず、図9に示す初期状態から、各目標地点へ直接移動させる実験を行った。実験では、先端移動体13を、移動させる目標地点の真横に来るまで真っすぐ後退させ、そこから方向転換させて、その目標地点に向かうよう移動させた。実験は、各目標地点に対して5回行った。実験の評価基準として、移動中に索状体11が座屈した場合や、各索状体運搬補助装置14の間隔が狭くなりすぎた場合に失敗と判断し、これらの現象が起こらず、各目標地点まで移動した場合に成功と判断した。
First, from the initial state shown in FIG. 9, an experiment was conducted in which the robot was moved directly to each target point. In the experiment, the
実験の結果、成功率は、目標地点1で80%(5回中4回成功)、目標地点2で60%(5回中3回成功)、目標地点3で40%(5回中2回成功)、目標地点4で20%(5回中1回成功)であった。失敗事例としては、目標地点1および2への移動時に、最も後端側のホースが座屈する事例が確認された。また、全ての目標地点への移動時に、各索状体運搬補助装置14の間隔が狭くなりすぎる事例が確認された。
As a result of the experiment, the success rate was 80% at target point 1 (successful 4 times out of 5), 60% at target point 2 (successful 3 times out of 5), and 40% at target point 3 (2 times out of 5). success) and 20% at target point 4 (1 out of 5 successes). As a failure case, it was confirmed that the hose on the rearmost side buckled when moving to the target points 1 and 2. In addition, cases were confirmed in which the intervals between the cord-shaped body
次に、図9に示す初期状態から、先端移動体13を、目標地点1の真横に来るまで真っすぐ後退させ、そこから方向転換させて目標地点1に移動させた後、さらに目標地点2、3、4の順に連続移動させた。実験は、目標地点1への移動が成功した場合についてそれぞれ5回行い、上記の評価基準に基づいて、目標地点2~4への移動の成功・失敗を判断した。
Next, from the initial state shown in FIG. 9, the
図10に、移動中(運搬中)の様子の一例を示す。なお、図10中の時間表示(分:秒)は、シミュレーション開始時からの経過時間である。図10に示すように、先端移動体13の後退時に、各索状体運搬補助装置14が左右に互い違いにずれた位置に移動している様子が確認された(図10の丸数字1~3参照)。また、目標地点1への移動時や、目標地点1から2に移動する際には、後退から前進、前進から後退への切替がスムーズに行われていることが確認された(図10の丸数字4~6参照)。
FIG. 10 shows an example of a state during movement (transportation). Note that the time display (minutes:seconds) in FIG. 10 is the elapsed time from the start of the simulation. As shown in FIG. 10, it was confirmed that when the
また、実験の結果、成功率は、目標地点2で100%(5回中5回成功)、目標地点3で100%(5回中5回成功)、目標地点4で80%(5回中4回成功)であった。これらの運搬実験の結果を比べると、手前の目標地点に移動させる際には、離れた目標地点から手前の目標地点まで順番に連続移動させた方が、成功率が高くなっていることがわかる。また、このことから、真っ直ぐに後退させる距離を短くして、索状体11をなるべく伸ばした状態で移動させる方が良いといえる。
As a result of the experiment, the success rate was 100% at target point 2 (successful 5 times out of 5), 100% at target point 3 (successful 5 times out of 5), and 80% at target point 4 (successful 5 times out of 5). 4 successes). Comparing the results of these transportation experiments, it can be seen that the success rate is higher when moving continuously from a distant target point to a closer target point in order when moving to the near target point. . In addition, from this, it can be said that it is better to shorten the straight retreat distance and move the cord-
10 索状体運搬システム
11 索状体
12 固定支持部
13 先端移動体
14 索状体運搬補助装置
14a 前方形状測定手段
14b 後方形状測定手段
21 円柱
22 関節
23 バネ
24 ダンパ
REFERENCE SIGNS
21
Claims (10)
特徴とする索状体運搬補助装置。 It is attachable to the central portion of the flexible cord-like body to which the rear end portion is fixed, and at the mounting position, the cord-like body is supported at a predetermined height from the ground surface, and the cord-like body When the distal end portion is moved, it is configured to move on the ground surface according to a preset reference based on the shape of the cord-like body extending from the mounting position to the distal end side and/or the rear end side of the cord-like body. A cord-like body carrying aid, characterized in that
前記索状体の先端部と前記後端部との間に取り付けられた請求項1乃至7のいずれか1項に記載の索状体運搬補助装置とを、
有することを特徴とする索状体運搬システム。 a flexible cord having a fixed rear end;
a cord-like body carrying assistance device according to any one of claims 1 to 7, which is attached between the front end portion of the cord-like body and the rear end portion of the cord-like body;
a strand delivery system, comprising:
前記先端移動体に無線または有線で接続され、前記先端移動体の移動方向を制御可能に設けられた制御手段とを、
有することを特徴とする請求項8または9記載の索状体運搬システム。
a tip moving body attached to the tip of the cord-like body so as to be movable on the ground surface;
a control means connected wirelessly or by wire to the tip moving body and provided so as to be able to control the moving direction of the tip moving body;
10. A strand carrying system according to claim 8 or 9, characterized in that it comprises:
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